Отмороженные: секреты выживания на холоде.
Представьте: вы работаете на исследовательской станции в Антарктиде. И вдруг вы обнаруживаете летающую тарелку и пришельца. Вы переносите его в теплую лабораторию для проведения своих экспериментов, и там он растаевает. После он убивает одних коллег, подражая внешности других, пока, в конечном итоге, не выживает лишь собака, которая и переносит этого пришельца на станцию к американцам. Где все начинается заново. И да — это пересказ фильма-переделки «Нечто», хотя, как по мне, Карпентерское «Нечто» навсегда останется классикой. А к чему это длинное вступление? А к тому, если ты знаешь биологию, химию и физику, то такие фильмы, к сожалению, для тебя не реалистичны, ибо хтонь с любой планеты не может не подчиняться законам природы. И замерзшее инопланетное нечто просто так не смогло бы воскреситься, конечно, если бы оно не обладало нужными приспособлениями. Вот о них и поговорим.
Ученые постоянно замораживают и размораживают: клетки, ткани, бактерии и т.д. Главная цель заморозки — сохранить образцы в нетронутом виде, ведь ферменты и клетки не работают, если слишком холодно и молекулы не могут двигаться и взаимодействовать друг с другом. Но заморозка убьет любой неподготовленный организм или же клетку. А все потому, что в клетках вода начинает собираться в кристаллы льда, которые протыкают клеточную мембрану, и в клетке образуется дырка. Как только клетку размораживают, ее мембрана разрушается, внутренности вытекают и клетка погибает.
Так как ученым удается воскресить клетки? Они их обрабатывают специальными растворами. Они могут обрабатывать клетки соленой водой и криозащитниками (криопротекторами). После этого пробирки быстро погружают в холод или, например, в жидкий азот, температура которого почти -200 градусов. Скорость имеет решающее значение при заморозке. Если погружать слишком медленно, соль вытянет воду из клеток, в результате чего клетки высохнут и погибнут.
При слишком быстром охлаждении лед образуется снаружи клеток быстрее, чем вода успевает их покинуть. В результате, жидкость внутри клеток становится очень холодной, что повышает риск образования внутри клеток льда, который может их повредить. В идеале охлаждение должно быть быстрым, но не слишком быстрым, чтобы был баланс между сбалансированным осмотическим обезвоживанием (вытекание воды из клетки в солевой раствор) и риском образования внутриклеточного льда.
Поэтому нечто должно было обладать и содержать в себе криозащитники, которые не дали бы ему помереть от образовавшегося льда внутри клеток. Но есть же на Земле виды, которые переживают заморозку? Да и эти виды научились приспосабливатся к этим условиям. Многие виды земноводных, полярных морских рыб и растений, обитающие в экстремальных условиях, развили молекулярные стратегии выживания при низких температурах.
Например, можно самим вырастить лед там, где это тебе не повредит. Так, например, делают некоторые насекомые, у которых имеются зимующие стадии развития. У них в гемолимфе (жидкость, которая действует подобно крови) содержатся белки, которые целенаправленно выращивают лед в определенных местах, поэтому можно избежать общего переохлаждения, что снижает вероятность образования повреждающего внутриклеточного льда.
Некоторые грибы, бактерии, растения, насекомые и полярные морские рыбы производят белки-незамерзайки, которые стабилизируют клеточные мембраны. Они поглощают мелкие кристаллы льда и делают рост кристаллов термодинамически неблагоприятным до наступления более низких температур.
Другие виды замерзающих организмов вырабатывают совместимые растворители, которые они накапливают в ответ на стресс окружающей среды. К таким веществам относятся сахар, глицерин и полиолы, делающие жидкости в клетках более вязкими. Это также позволяет сохранять воду, и организм не будет обезвожен. Например, всем известные тихоходки накапливают сахар — трегалозу, этот же сахар был найден во время зимовки у целого ряда холодо- и морозоустойчивых видов насекомых.
Фото 2 — древесная лягушка в глубокой зимней спячке
Источники:
Acker, Jason P., and Locksley E. McGann. «Protective effect of intracellular ice during freezing?.» Cryobiology 46.2 (2003): 197-202.
Fuller, Barry J. «Cryoprotectants: the essential antifreezes to protect life in the frozen state.» CryoLetters 25.6 (2004): 375-388.
#Биология@inbioreactor
#Заметка@inbioreactor
Текст: #Дикарева@inbioreactor
Редактура: #Бажутина@inbioreactor
#Наука #Научпоп
